la physique quantique expliquée simplement en 8 points
Quand la science et la magie se réconcilient
Bonjour et bienvenue dans cet article où nous allons explorer ensemble ce mot si mystérieux qu’on entend partout : Quantique. Je vais t’expliquer le plus simplement possible des concepts qui mettent au défi la rationalité. Je ne suis pas physicien quantique et cet article n’a pas vocation à être un cours magistral. Je souhaite seulement ouvrir ton esprit à certaines découvertes scientifiques qui invitent l’humanité à reconnaître que l’Univers est bien plus complexe que la physique de Newton ne le sous-entendait. Rappelle-toi, une pomme est tombée sur la tête de Newton et il a commencé à réfléchir à la gravité. La physique newtonienne n’est pas remise en cause par la physique quantique, mais cette dernière nous présente un Univers bien moins prévisible !
1. Tout d’abord, sache que la physique quantique a bouleversé ton quotidien !
Elle est essentielle pour comprendre le fonctionnement des semi-conducteurs qui sont à la base de la plupart des appareils électroniques modernes, tels que les ordinateurs, les smartphones, les tablettes et les téléviseurs à écran plat. Sans être exhaustif, les LED, l’imagerie médicale, les GPS, les lasers et les écrans tactiles sont d’autres exemples des révolutions technologiques qui sont le résultat de la mise en application de la physique quantique !
2. Mais c’est quoi la physique quantique ?
La physique quantique est une branche de la science qui s’intéresse à la matière première de l’Univers : les particules quantiques. Elle décrit le comportement des particules à l’échelle microscopique, notamment au niveau des atomes et des particules subatomiques (= plus petites qu’un atome). Les particules élémentaires sont ce qu’il y a de plus petit dans notre Univers et sont à la base de tout ce qui existe. Effectivement, cette matière première sert à fabriquer de toutes petites briques (les atomes) qui sont assemblées en plus grosse brique, les molécules, qui s’assemblent pour former tout ce qui existe : les solides, les liquides, les gaz, que ce soit dans le monde vivant ou non.
Par exemple, l’eau, que nous utilisons tous les jours et qui compose notre corps à 65%, est une molécule formée de deux tout petits atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène.
Même les substances chimiques artificielles comme les plastiques, les médicaments ou les produits de nettoyage, sont composées de molécules spécifiques qui ont été créées par l’homme. C’est étonnant de penser que tout ce qui nous entoure est composé de molécules, elles-mêmes composées d’atomes, eux-mêmes composés de particules quantiques.
3. Pourquoi dit-on que la matière c’est du vide ?
Imagine que la matière est comme un groupe de balles flottant dans l’air (les atomes). Ces balles sont vraiment petites et ont un noyau au centre, entouré d’électrons qui tournent autour, un peu comme les planètes autour du soleil. Si on imagine un noyau d’atome de la taille de la Terre, ses électrons gravitant autour seraient au niveau de la lune. La matière est donc composée de 99,999% d’espace considéré comme « vide ». Cependant, il est essentiel de comprendre que ce « vide » est loin d’être vide au sens habituel du terme. Il regorge de particules quantiques et de forces mystérieuses qui interagissent de manière complexe, donnant lieu à des phénomènes fascinants que la physique quantique explore.
4. Comment expliquer que malgré tout ce « vide », nous ne pouvons pas voir à travers un mur, ni le traverser ?
C’est grâce aux photons, ces petits messagers de lumière invisibles qui volent partout et nous permettent de voir les choses qui nous entourent. Les atomes échangent des photons entre eux, cela leur apporte de l’énergie et les aide à rester collés ensemble. C’est cette interaction avec les photons qui rend la matière solide et nous empêche de traverser les objets. Les photons absorbés ne peuvent pas atteindre nos yeux, ce qui nous empêche de voir à travers la plupart des choses.
Le cas du verre : Cependant, le verre est différent. Les atome dans le verre ont moins besoin d’énergie et n’absorbent pas tous les photons. Ceux qui traversent le verre peuvent, en bons messagers de lumière, atteindre nos yeux et nous permettre de voir ce qu’il y a derrière la vitre.
Quatre grand principes de la physique quantique qui nous ouvrent à la magie de la vie :
La dualité onde-corpuscule : ouvre au rôle de l’observateur, la réalité observée dépend de l’observateur.
Le principe d’indétermination : ouvre au monde probabiliste, aux potentialités.
Le principe de superposition : ouvre au rôle de la conscience.
Le principe de non-localité et l’intrication quantique : ouvre à ce qui se trouve hors espace-temps.
5. La dualité onde-corpuscule
Une particule quantique peut se comporter soit comme une onde (comme les vaguelettes à la surface d’un étang après qu’on y a jeté un caillou) soit comme un corpuscule (une toute petite bille ayant une masse, un poids). C’est l’appareil de mesure utilisé qui influence le comportement observé. La particule est donc les deux à la fois : vibration (onde) et bille (corpuscule) ne font qu’un. C’est un principe fascinant, démontré par l’expérience des fentes de Young.
À l’échelle quantique, matière et vibration ne font qu’un, et c’est l’observateur qui influence ce qui est observé ! Magique non ?
6. Le principe d’indétermination
Dans l’infiniment petit, on ne peut pas faire une mesure exacte de la vitesse et de la position au même moment. Imaginons que tu sois flashé par un radar (ce qui je le sais ne t’arrive jamais, mais imaginons). Ce dernier détermine au même moment ta position et ta vitesse exacte. À l’échelle quantique, c’est
impossible ! Plus tu vas mesurer avec précision la vitesse d’une particule, moins tu pourras connaître sa position exacte, tu n’auras que ses positions probables, potentielles. L’inverse est vrai. Plus tu vas mesurer avec précision la position d’une particule, moins tu pourras connaître sa vitesse exacte, tu n’auras que ses vitesses probables, potentielles. Dans l’infiniment petit, il n’y a que des probabilités et des potentialités. Dans le monde quantique, rien n’est figé !
7. Le principe de superposition
Tenez-vous bien, ça risque de vous surprendre : une particule quantique peut vivre dans plusieurs états simultanément ! Qu’est-ce que ça veut dire concrètement ? Imaginez que vous soyez à Paris et à Tokyo en même temps, que vous tourniez dans le sens des aiguilles d’une montre tout en tournant dans le sens inverse, et que vous vous déplaciez à une vitesse d’escargot tout en courant comme Usain Bolt. Oui, c’est exactement ça ! Pour la version un peu plus sérieuse : une particule quantique peut présenter plusieurs valeurs pour un paramètre observable (comme la rotation, la position, l’énergie, la vitesse, etc.) jusqu’à ce qu’on vienne la mesurer. À ce moment-là, le paramètre observé « se décide » à adopter un état unique. Pour reprendre notre exemple, la mesure oblige la particule à choisir entre la vitesse d’Usain Bolt et celle de l’escargot ou encore entre Paris et Tokyo. C’est incroyable, n’est-ce pas ?
Ce principe spectaculaire a inspiré toute une série d’interprétations et de théories sur le rôle potentiel de la conscience dans la physique quantique. L’une des plus célèbres est l’interprétation de Copenhague, qui propose que c’est l’acte de mesure (ou d’observation) qui fait que la particule « fait son choix » d’un état unique. Cela suggère que la conscience (ou du moins l’interaction avec un système conscient) pourrait influencer la décision d’une particule quantique.
8. Le principe de non-localité et de l’intrication quantique
Des particules qui ont eu une interaction ensemble, qui ont vécu ensemble, se sont « intriquées ». Elles peuvent communiquer de manière instantanée, quelle que soit la distance qui les sépare. Ce n’est pas une communication à la vitesse de la lumière, c’est instantané, ça arrive en même temps ! L’expérience d’Alain Aspect (prix Nobel de physique 2022) a démontré le principe d’intrication en 1982.
Cela démontre qu’en dehors de l’espace-temps tout est instantané et non-localisé. Dans le monde physique, la vitesse de la lumière ne peut pas être dépassée, mais dans l’infiniment petit en dessous des dimensions de Planck (10^-35 mètre, 10^-44 seconde), il n’y a ni temps ni espace. C’est pourquoi il est possible de mesurer des communications instantanées entre deux particules. Attention, les particules quantiques sont bien dans l’espace-temps, c’est pourquoi on peut les observer. Ce sont les informations qu’elles s’échangent qui sont hors espace-temps. Ce qui permet une communication instantanée.
La physique quantique introduit dans la science une dimension métaphysique en exprimant l’idée qu’il y a quelque chose au-delà de l’espace et du temps. Elle nous invite à penser qu’il s’agit plutôt d’un en-deçà que d’un au-delà. Un en-deçà des dimensions de Planck, infiniment petites.
En Bref
En explorant ensemble les mystères de la physique quantique, nous avons plongé dans un monde fascinant où la science et la magie semblent se réconcilier. Cette branche de la science nous invite à remettre en question nos conceptions traditionnelles de l’Univers et nous ouvre à de nouveaux horizons de compréhension.
La physique quantique, bien qu’elle puisse sembler déroutante, a des implications bien réelles dans notre quotidien. Des technologies essentielles comme les ordinateurs, les smartphones et les GPS reposent sur les principes quantiques, illustrant ainsi le pouvoir de cette science sur notre vie moderne.
Au cœur de la physique quantique se trouvent les particules élémentaires, les briques fondamentales de tout ce qui nous entoure. Ces particules, bien qu’infinitésimales, façonnent l’ensemble de notre réalité.
Malgré le fait que la matière soit principalement constituée de vide, elle apparaît solide en raison de l’interaction des particules avec les photons (les messagers de lumière invisibles).
Mais au-delà de la matière, la physique quantique nous dévoile un monde étrange, où les particules se comportent à la fois comme des ondes et des corpuscules, où la mesure de la vitesse et de la position est sujette à l’indétermination, et où les particules peuvent être dans des états multiples à la fois.
L’intrication quantique et le principe de non-localité défient notre compréhension traditionnelle de l’espace et du temps. Ces phénomènes mystérieux, bien que difficilement imaginables, ont été démontrés par des expériences et nous invitent à réfléchir à une réalité qui va bien au-delà de notre perception habituelle.
La physique quantique nous ouvre à la magie de la vie, où l’observateur joue un rôle crucial dans la réalité observée. Elle nous enseigne l’importance de la conscience et des potentialités qui résident dans l’infiniment petit.
Alors que nous achevons cette première initiation au monde merveilleux de la physique quantique, gardons à l’esprit que cette science est en constante évolution, révélant sans cesse de nouveaux secrets de l’Univers.
J’espère que cet article t’a permis de découvrir cette discipline avec autant de plaisir que j’en ai eu à le rédiger. N’hésite pas à partager tes réflexions et poser des questions, car ensemble, nous pouvons continuer à explorer ses mystères fascinants.
Dans les prochains articles, je te parle de mécanique quantique et d’une nouvelle théorie qui ouvre à l’interconnexion de tout, la théorie M. Le fameux « We are One » des hippies trouve-t-il une explication scientifique ? Découvre comment l’Univers crée la matière à partir du vide. Je t’expliquerai tout ça le plus simplement possible, pour que la magie de la physique quantique continue de te captiver.
Je t’invite également à regarder la vidéo de Jean Gayral, une source d’information précieuse pour cet article, qui te permettras d’approfondir tes connaissances et de t’ouvrir à de nouveaux niveaux de conscience : Comprendre la physique quantique pour élever son niveau de conscience
Merci de m’avoir accompagné dans cette aventure et à bientôt pour continuer ensemble d’ouvrir ton esprit a plus de magie !
Pour aller plus loin :
Vidéos Youtube :
Chaîne YouTube « Science Étonnante » de David Louapre qui propose de nombreuses vidéos sur la physique quantique de manière accessible comme : La mécanique quantique en 7 idées
La Physique Quantique Autrement par Julien Bobroff